在機(jī)械制造方面,激光更是發(fā)揮出巨大的作用,激光切割、激光焊接、激光淬火、激光拋光、激光微細(xì)加工、激光熔覆與激光合金化、激光板料成形等技術(shù)都有著不俗的表現(xiàn),而今天我們就深入了解一下激光焊接技術(shù)。
一、激光焊接技術(shù)的發(fā)展
激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法。激光焊接技術(shù)歷經(jīng)由脈沖波形向連續(xù)波形的發(fā)展,由小功率薄板焊接向大功率厚件焊接發(fā)展,由單工作臺(tái)單工件加工向多工作臺(tái)多工件同時(shí)焊接發(fā)展,以及由簡(jiǎn)單焊縫形狀向可控制的復(fù)雜焊縫形狀發(fā)展,受激物質(zhì)也包含了多種氣體和固體晶體。
激光焊接技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)仍然集中于設(shè)備的開發(fā)研制,包括如何提高最大輸出功率和如何提高光束的質(zhì)量及其聚焦性能。
隨著激光焊接技術(shù)的廣泛應(yīng)用與技術(shù)進(jìn)步,激光焊接越來越接近人們心目中最理想的焊接方式,也越來越多地被人們所采用,并在理論與實(shí)踐的雙重推動(dòng)下,發(fā)展得越來越快,而且激光焊接技術(shù)也越來越成熟。
二、激光焊接的原理及過程
激光蘊(yùn)含極高能量,當(dāng)激光照射到工件時(shí),高能量使工件被照射部分熔化,這是激光焊接技術(shù)的基礎(chǔ),當(dāng)然激光也屬于光,因此被處理的工件表面不能太光滑,以減少激光反射。而激光只照射在工件一點(diǎn),使工件局部達(dá)到極高溫度而熔化,當(dāng)激光作用終止,局部熔化的金屬又會(huì)迅速凝固。
按激光束的輸出方式不同,可以把激光焊分為脈沖激光焊和連續(xù)激光焊。若根據(jù)激光焊時(shí)焊縫形成特點(diǎn),又可以把激光焊分為熱導(dǎo)焊和深熔焊。前者使用激光功率低,熔池形成時(shí)間長(zhǎng),且熔深淺,多用于小型零件的焊接;后者使用的激光功率密度高,激光輻射區(qū)金屬熔化速度快,在金屬熔化的同時(shí)伴隨著強(qiáng)烈的汽化,能獲得熔深較大的焊縫,焊縫的深寬比較大,可達(dá)12:1。
激光焊接時(shí),激光通過光斑向材料“注入”熱量,材料的升溫速度很快,表面以下較深處的材料能在極短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到很高的溫度。焊件的穿透深度可以通過激光的功率密度來控制。
由于激光束可利用反射鏡任意改變方向,因而能焊接用一般焊接方法難以接近工件的部位。激光焊接系統(tǒng)通常采用1～4kW的CO2激光器。由激光器產(chǎn)生的激光束經(jīng)導(dǎo)光系統(tǒng)傳遞到拋物面鏡反射聚焦,在焦點(diǎn)附近達(dá)5000～20000K的高溫光束從噴嘴射出照射在金屬板接縫處,瞬間將接縫處的金屬材料熔化。激光束向前移動(dòng),熔化金屬凝固,形成焊縫,將兩塊分離的金屬板連成一整體。
由于氣體激光器可以連續(xù)焊接,適用于焊接0.12～12mm厚的低合金鋼、不銹鋼、鎳、鈦、鋁等金屬及其合金。采用固體激光器焊接時(shí),由于輸出能量小(1～50J),脈沖激光持續(xù)時(shí)間短(<10ms),其焊點(diǎn)可小到幾十微米。故可用于0.5mm以下厚度的金屬箔片的點(diǎn)焊和連續(xù)點(diǎn)焊以及直徑0.6mm以下金屬絲的對(duì)焊;也適用于微型、精密、排列密集以及受熱敏感的貴重儀器部件的焊接。激光焊接的接頭型式與普通焊接相同。
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